木材微波干燥熱質(zhì)轉(zhuǎn)移及其數(shù)值模擬.pdf

1、微波干燥是一種快速高效的現(xiàn)代干燥技術(shù)，已經(jīng)廣泛應用在各種行業(yè)，然而上業(yè)化的木材微波干燥卻沒有取得實質(zhì)性進展。豐富和完善木材在微波作用下的熱質(zhì)轉(zhuǎn)移理論，對于更加科學地控制木材微波干燥過程、提高干燥質(zhì)址具有重要的理論意義和實用價值。本文根據(jù)微波作用下木材內(nèi)部水分和熱量的轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，研究了不同含水率階段的熱質(zhì)轉(zhuǎn)移機理，建立了微波作用下木材熱質(zhì)轉(zhuǎn)移耦合的數(shù)值計算模型，系統(tǒng)研究了微波干燥過程中木材內(nèi)部含水率、溫度、水蒸氣分壓的變化規(guī)律和分布規(guī)律，分

2、析了微波作用對木材熱質(zhì)轉(zhuǎn)移規(guī)律的影響，為木材在微波作用下內(nèi)部的含水率場和溫度場的控制奠定理論基礎，為木材微波干燥的合理應用提供理論依據(jù)。研究的主要內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　 分析了在微波干燥過程中木材內(nèi)部水分在不同含水率階段的遷移過程，認為自由水和水蒸氣是在壓力梯度作用下遷移，結(jié)合水是在化學勢作用下遷移，同時考慮相變過程。
　　 基于體積平均理論，假設相變過程中各相處于局部熱力學半衡，且視水蒸氣為理想氣體，考慮木材內(nèi)部各相的

3、質(zhì)量和能量守恒關(guān)系，建立了微波干燥過程中不同含水率階段的熱質(zhì)轉(zhuǎn)移非線性耦合數(shù)學模型，模型的基本參數(shù)為木材的含水率和溫度，模型系數(shù)是基本參數(shù)的函數(shù)。
　　 采用全隱式有限差分法，對建立的熱質(zhì)轉(zhuǎn)移控制方程、對流邊界條件和初始條件進行離散，獲得非線性離散方程組；在同一時間層采用選代法逐步將非線性方程組線性化，由線性迭代方程組獲得下一時層的基本參數(shù)預測值，把預測值代入離散方程系數(shù)中獲得下一時層的校正值，如此循環(huán)運用預測——校正系統(tǒng)，最終

4、獲得整個微波干燥過程中熱質(zhì)轉(zhuǎn)移的數(shù)值解。
　　 以落葉松材的微波干燥為例，比較分析了試驗值和模型預測值的變化規(guī)律。結(jié)果顯示，試驗結(jié)果和模擬結(jié)果擬合較好，數(shù)值計算結(jié)果能夠預測微波干燥過程中狀態(tài)參數(shù)的變化及其熱質(zhì)轉(zhuǎn)移過程。
　　 運用MATLAB編程對模型進行了數(shù)值模擬。詳細分析了微波干燥過程中不同含水率階段，木材內(nèi)部的含水率、溫度和蒸汽壓力隨時問的變化規(guī)律和沿厚度方向的分布規(guī)律。結(jié)果表叫：在微波干燥過程中，可以根據(jù)參數(shù)的變

5、化把干燥過程分為不同的階段，但不論含水率大于FSP還是小于FSP，熱質(zhì)轉(zhuǎn)移模型預測結(jié)果均顯示，在整個干燥過程中沿木材厚度方向上的含水率、溫度和蒸汽壓力分布都比較均勻。
　　 進一步研究了木材初含水率和厚度對基本參數(shù)變化規(guī)律和分布規(guī)律的影響以及木材在微波干燥過程中的熱質(zhì)耦合效率和干燥過程曲線。結(jié)果表明：干燥時間、干燥速度和各干燥段占總干燥時間的比例隨木材初含水率和厚度的變化而變化；對不同初含水率和不同厚度時木材各參數(shù)與時問的關(guān)系進